Aurélie nov 04

Permanganate de potassium et acide oxalique ;

acide sulfurique et magnésium

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Permanganate et acide oxalique
  1. Préparation d'une solution de permanganate de potassium : on désire préparer un volume V1 = 100 mL d'une solution de permanganate de potassium, notée S1, de concentration molaire C1 = 0,270 mol.L-1, à partir du solide permanganate de potassium de formule KMnO4. Ecrire l'équation de dissolution du permanganate de potassium.
    - Quelle masse de ce solide faut-il peser pour préparer la solution S1 ? ( K: 39 ; Mn : 55 ; O: 16 g/mol)
  2. Préparation d'une solution d'acide oxalique : on désire préparer un volume V2 = 250 mL d'une solution, notée S2, d'acide oxalique de formule H2C2O4 de concentration molaire C2 = 0,420 mol.L-1, à partir d'une solution d'acide oxalique de concentration C0= 5,25 mol.L-1. Etablir la liste du matériel nécessaire à cette préparation.
  3. Préparation d'une solution d'acide sulfurique : on verse dans un bécher V3 = 150 mL d'une solution, notée S3, d'acide sulfurique de concentration molaire C3 = 1,28 mol.L-1 et de densité d = 1,08. Déterminer la concentration molaire des ions présents dans le bécher.
    - Déterminer le pourcentage massique d'acide sulfurique dans la solution S3.
  4. Mélange des solutions S1, S2 et S3 : dans un flacon de contenance V = 2,00 L, où règne le vide, on mélange à q = 22°C, les volumes V1, V2 et V3 des solutions étudiées ci-dessus. On ferme le flacon. La réaction qui s'y produit a pour équation :2 MnO4-(aq) + 5 H2C2O4 (aq) + 6 H+(aq) = 2 Mn2+(aq) + 10 CO2 (g) + 8 H2O (l)
    On supposera que le gaz CO2 formé ne se dissout pas dans l'eau et que la quantité d'eau formée ne fait pas varier le volume de solution. Construire le tableau permettant de suivre l'évolution du système.
    - Déterminer, par calcul, la valeur de l'avancement maximal de la réaction. Quel est le réactif limitant ?
    - En déduire la concentration molaire à l'état final, de tous les composés dissous présents dans le flacon et la pression à l'état final, du composé gazeux formé.
 

corrigé
équation de dissolution du permanganate de potassium dans l'eau :

KMnO4 (s) = MnO4-(aq) + K+(aq)

Qté de matière de permanganate de potassium dans 0,1 L : concentratio (mol/L) * volume solution (L)

C1V1 = 0,27*0,1 = 0,027 mol

masse m de permanganate de potassium = Qté de matière (mol) * masse molaire (g/mol)

masse molaire KMnO4 : 39+55+4*16 = 158g/mol

masse : 0,027*158 = 4,27 g.

facteur de dilution = C0/C2 = 5,25/0,42 = 12,5.

fiole jaugée de 250 mL

pipette jaugée de volume : 250 / 12,5 = 20 mL.

un pipeteur ; une pissette d'eau distillée.

concentration molaire des ions présents dans le bécher :

H2SO4 (l) = SO42-(aq) + 2 H+(aq)

[SO42-]= C3 ; [ H+]=2C3.

pourcentage massique d'acide sulfurique dans la solution S3 :

masse molaire acide sulfurique H2SO4 : 2+32+4*16= 98 g/mol

masse d'acide pur dans un litre : 98*C3 = 98*1,28 = 125,4 g/L

masse d'un litre de solution : 1000 d = 1000*1,08 = 1080 g

pourcentage massique d'acide : 125,4/1080*100 = 11,6 %.


2 MnO4-
+ 5 H2C2O4
+ 6 H+
= 2 Mn2+
+ 10 CO2 (g)
+ 8 H2O (l)
initial
C1V1

=0,027 mol
C2V2

=0,105 mol
2C3V3

=0,384 mol
0
0
solvant en grande quantité
en cours
0,027-2x
0,105-5x
0,384-6x
2x
10x
fin
0
0,105-5*0,0135 = 0,0375 mol
0,384-6*0,0135 =

0,303 mol
2*0,0135 =

0,027 mol
10*0,0135 = 0,135 mol
si l'acide oxalique est en défaut : xmax = 0,105/5 = 0,021 mol

si l'ion permanganate est en défaut : xmax = 0,027/2 = 0,0135 mol

si l'acide sulfurique est en défaut : xmax = 0,384/6 = 0,064 mol

le réactif qui disparaît le premier est le réactif pour lequel la valeur de xmax calculée ci-dessus est la plus petite soit l'ion permanganate MnO4-.

concentration molaire de toutes les espèces en solution à l'état final :

volume tatal du mélange : V1+V2+V3 = 0,5 L

[H2C2O4 ]=0,0375/0,5 = 0,075 mol/L

[H+] = 0,303/0,5 = 0,606 mol/L

[Mn2+] =0,027 / 0,5 = 0,054 mol/L

[K+]= C1V1/0,5 = 0,054 mol/L

[SO42-]=C3V3/0,5 =0,384 mol/L

pression en dioxyde de carbone dans le flacon :

Le gaz CO2 formé occupe tout le volume qui lui est offert soit V - (V1 + V2 + V3) = 1,5 L = 1,5 10-3 m3.

Si CO2 se comporte comme un gaz parfait : PV=nRT

avec n= 0,135 mol; R=8,31 JK-1mol-1 ; T= 273+24 = 297 K

p= 0,135*8,31*297/1,5 10-3 = 222 126 Pa.

acide sulfurique et magnésium

On veut suivre la réaction de l'acide sulfurique sur le magnésium Mg (s) par mesure de la pression du dihydrogène H2(g) dégagé.

On place dans un réacteur étanche un morceau de ruban de magnésium de longueur L. Par l'intermédiaire d'une seringue de capacité égale à 60 mL, on introduit l'acide en excès pour consommer tout le magnésium métallique.

Dans l'état initial, la seringue contient 15 mL d'acide sulfurique à 0,2 mol/L, la pression dans le réacteur est p0 = 9,86 104 Pa et la température est T0 = 24°C.

On introduit l'acide en poussant complètement le piston. On observe un dégagement gazeux et la pression augmente ; la température ne varie pas. Quand le dégagement gazeux a cessé et que la pression s'est stabilisée, on remonte le piston pour ramener la pression à sa valeur initiale. On en déduit le volume de dihydrogène dégagé à la pression p0 et à la température T0.

  1. Le morceau de ruban de magnésium est prélevé sur le rouleau de 24 m de longueur et de masse égale à 25 g. Quelle longueur maximale de ruban de magnésium (en nombre entier de cm) peut-on utiliser pour cette expérience ? Mg : 24,3 g/mol.
  2. Quel est le volume de gaz obtenu ?
corrigé
Mg(s) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2(g)

Qté de matière initiale d'acide sulfurique : volume solution (L) * concentration (mol/L) = 0,015*0,2 = 0,003 mol.

Or H2SO4 (l) = SO42-(aq) + 2 H+(aq)

d'où la quantité de mariète initiale H+ : 2*0,003 = 0,006 mol.

Les réactifs mis en présence sont en proportions stoéchiométriques :

d'où la quantité de matière de magnésium : 0,003 mol

masse de magnésium(g) = masse molaire (g/mol) * Qté de matière (mol) = 24,3*0,003 = 0,073 g.

Or 24 m de ruban ont une masse de 25 g : longueur cherchée : 0,073*24/25 = 0,07 m = 7 cm.

D'après les coefficients de l'équation, la qté de matière de H2 est égale à la quantité de matière de Mg soit 0,003 mol.

Le dihydrogène se comporte comme un gaz parfait : PV= nRT

avec n=0,003 mol ; R=8,31 J K-1 mol-1 ; T=273 +24 = 297 K ; P = 9,86 104 Pa

V= nRT/P=.0,003 * 8,31*297/9,86 104 =7,5 10-5 m3 = 75 mL.



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